Activating the Microsized Cubic Co 3 O 4 with Doping Y 2 O 3 Phase Inlaid on the Plasma‐Treated Soft Carbon Fiber for a Robust Electrocatalytic Alkalized‐Seawater Splitting

材料科学 兴奋剂 等离子体 相(物质) 纤维 碳纤维 分析化学(期刊) 复合材料 光电子学 复合数 色谱法 量子力学 物理 有机化学 化学
作者
Jinfeng Qiu,Guangliang Chen,Yingchun Guo,Tongtong Li,Peisong Tang,Bin He,Xianhui Zhang,Jun Huang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (48) 被引量:32
标识
DOI:10.1002/adfm.202508158
摘要

Abstract Engineering efficient bifunctional electrocatalysts for simultaneous hydrogen and oxygen evolution reactions (HER/OER) remains very crucial for practical anion exchange membrane water electrolyzers (AEMWEs). Herein, a yttrium oxide doped cubic Co 3 O 4 (Y 2 O 3 ‐Co 3 O 4 ) catalyst engineered on plasma‐treated carbon cloth (PCC) is reported which demonstrates exceptional performances for overall seawater splitting. Synthesized at an optimal crystallization temperature (250 °C), the obtained Y 2 O 3 ‐Co 3 O 4 /PCC features rich heterointerfaces which optimize active sites and enhance electron transfer, thereby, causing an outstanding HER activity with ultralow overpotentials of 301 mV (alkaline) and 346 mV (seawater) for transferring 1000 mA cm −2 ( j 1000 ). When the catalyst is integrated into AEMWE devices, low cell voltages of 2.11 V (alkaline) and 2.47 V (alkalized seawater) are achieved for generating j 1000 . Combined with the experimental and theoretical investigations, it reveals that the yttrium doping induces a favorable electron redistribution, where the electron delocalization of Y‐site stabilizes Co 3 ⁺ species and the electron accumulation of Co‐site optimizes H* adsorption. In addition, the formed heterointerface of Y 2 O 3 ‐Co 3 O 4 simultaneously enhances OER activity through optimizing the oxygen intermediate adsorption and strengthening the metal‐oxygen bonds. Furthermore, the heterostructure design additionally reduces the lattice strain and accelerates charge transfer kinetics for seawater splitting.
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